番茄是全球广泛栽培的重要园艺作物，富含维生素、矿物质和番茄红素等多种营养物质。然而土壤盐碱化等非生物胁迫严重威胁番茄的生长发育与产量形成，如何在现代作物改良中实现“营养品质”与“广谱抗逆性”的协同提升，是当前亟待解决的重要课题。褪黑素（Melatonin）作为一类关键的多效性生物活性分子，在植物应对盐碱胁迫、调控品质形成过程中发挥核心作用。目前学界对植物褪黑素代谢网络的研究多集中于生物合成途径及其转录调控，而对分解代谢及其转录调控机制仍知之甚少，这限制了该调控通路在作物精准育种中的应用。
近日，上海交通大学农业与生物学院沈乾课题组在国际知名TOP期刊《Journal of Pineal Research》发表了题为“The SlWRKY75–SlASDAC module regulates melatonin levels to modulate leaf physiological traits and seedling salt tolerance in tomato”的研究论文。
该研究在番茄中鉴定到一个新的褪黑素降解酶SlASDAC，揭示了SlWRKY75–SlASDAC模块调控内源褪黑素代谢、叶片生理性状及幼苗耐盐性的分子机制，为培育营养强化与抗逆性协同提升的番茄新品种提供了关键基因靶点。
本研究通过过表达、CRISPR/Cas9基因敲除等遗传学手段证实：SlASDAC是参与番茄褪黑素分解代谢的关键酶，敲除SlASDAC可有效阻断该降解途径，导致内源褪黑素大量积累；这不仅改善了番茄叶片生理性状（如促进叶绿素与花青素积累、增加表皮毛密度），还显著增强了幼苗的耐盐性。研究进一步阐明了其上游调控网络，发现转录因子SlWRKY75能够直接结合SlASDAC的启动子并抑制其转录表达。基于此，该研究建立了SlWRKY75–SlASDAC调控模块介导褪黑素代谢的分子模型。该工作扩展了植物褪黑素降解途径调控机制，也为通过调控内源褪黑素水平进行作物高抗优质育种提供了新思路。
图1. SlWRKY75–SlASDAC模块影响番茄褪黑素含量、叶片生理及耐盐性的机制模型
在正常条件下，SlWRKY75通过抑制降解酶SlASDAC的表达维持基础褪黑素水平；敲除SlASDAC会阻断褪黑素降解途径，促进褪黑素积累，进而改善叶片生理性状并提升幼苗耐盐性。
上海交通大学农业与生物学院2022级博士生张森为本文第一作者，沈乾副教授为论文通讯作者。农业与生物学院研究生张威、周一丹、李蒙、黄黎、刘雪婷、梁心月、熊舒彤，王玉亮副研究员，以及上海交通大学/崖州湾国家实验室唐克轩教授参与了该项研究。本研究得到上海交通大学农业与生物学院科研经费（WF220415014）和上海交通大学-康奈尔大学种子基金（2020SJTU-CORNELL）的资助。